粘弾性・粘塑性解析に基づく炭素繊維強化熱可塑性樹脂の強度解析

本研究の目的は，炭素繊維強化熱可塑性樹脂（CFRTP）の力学挙動・破壊挙動を熱可塑性樹脂の本質的な特性である粘弾性・粘塑性に基づいてシミュレーション可能な数値解析法を確立することである．本年度の研究では，ポリアミド6（PA6）およびポリブチレンテレフタレート（PBT）の粘弾性・粘塑性挙動からSchapery非線形粘弾性構成式と，引張降伏応力と圧縮降伏応力が異なる塑性非対称性と圧縮性塑性挙動が再現可能な拡張Drucker-Prager降伏条件または粘塑性力学モデルに基づき，粘弾性特性と塑性または粘塑性特性を同定した．その結果，非線形粘弾性と塑性を組み合わせたモデルが熱可塑性樹脂の時間依存力学挙動を最もよく再現できることを明らかにした．また，新たな熱可塑性樹脂の力学特性の評価方法として，一方向強化熱可塑性樹脂の材料試験結果に対してマイクロメカニクスに基づく逆解析法を適用することによって熱可塑性樹脂の非線形力学挙動を推定する方法を構築した．これにより，マトリクス樹脂単体の材料試験を実施せずに一方向強化材の試験のみによって有限要素解析に必要な樹脂の力学特性を評価できるようになった．さらに，一方向強化熱可塑性樹脂の繊維破断時の応力負担モデル（Global Load Shearingモデル）に推定された熱可塑性樹脂の力学挙動を用いると，一方向強化熱可塑性樹脂の強度の温度依存性を推定できることを示した．また，このGlobal Load Shearingモデルを改良することにより，繊維の初期欠陥に基づく一方向強化熱可塑性樹脂の強度のばらつきを予測できることを示した．

本研究の目的は，炭素繊維強化熱可塑性樹脂（CFRTP）の力学挙動・破壊挙動を熱可塑性樹脂の本質的な特性である粘弾性・粘塑性に基づいてシミュレーション可能な数値解析法を確立することである．本年度の研究では，ポリアミド6（PA6）およびポリブチレンテレフタレート（PBT）の粘弾性・粘塑性挙動からSchapery非線形粘弾性構成式と，引張降伏応力と圧縮降伏応力が異なる塑性非対称性と圧縮性塑性挙動が再現可能な拡張Drucker-Prager降伏条件または粘塑性力学モデルに基づき，粘弾性特性と塑性または粘塑性特性を同定した．その結果，非線形粘弾性と塑性を組み合わせたモデルが熱可塑性樹脂の時間依存力学挙動を最もよく再現できることを明らかにした．また，新たな熱可塑性樹脂の力学特性の評価方法として，一方向強化熱可塑性樹脂の材料試験結果に対してマイクロメカニクスに基づく逆解析法を適用することによって熱可塑性樹脂の非線形力学挙動を推定する方法を構築した．これにより，マトリクス樹脂単体の材料試験を実施せずに一方向強化材の試験のみによって有限要素解析に必要な樹脂の力学特性を評価できるようになった．さらに，一方向強化熱可塑性樹脂の繊維破断時の応力負担モデル（Global Load Shearingモデル）に推定された熱可塑性樹脂の力学挙動を用いると，一方向強化熱可塑性樹脂の強度の温度依存性を推定できることを示した．また，このGlobal Load Shearingモデルを改良することにより，繊維の初期欠陥に基づく一方向強化熱可塑性樹脂の強度のばらつきを予測できることを示した．